本公开涉及汽车
技术领域：
，具体地，涉及一种车用碳纤维复合加强板的制备方法和复合加强板。
背景技术：
：碳纤维自问世以来，就以其优异的性能获得了业界的青睐。碳纤维比强度高、比模量高，且质轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐高低温，但其脆性高，轴向受力大，而径向受力较差，弯曲易折断。目前，碳纤维已被广泛的应用于建筑、桥梁、医疗器械、汽车、船部件、电脑、手机、箱包、体育用品等行业。在汽车行业，碳纤维的应用范围不断加大，应用技术也不断成熟，碳纤维被用于汽车的各个部分，包括结构件及外覆件。宝马公司推出了碳纤维材料车身，并在车身结构强度要求最高的地方应用了碳纤维-钢复合结构，在轻量化的同时，最大限度的结合了二者的优点。而目前碳纤维价格较高，一定程度上限制了其应用的范围。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，玻璃纤维增强复合材料是纤维复合材料中研究的最早和最多的品种，玻璃纤维也具有较高的拉伸强度，并具有不燃、耐高温、电绝缘、化学稳定性好等优良性能。玻璃纤维价格较低，已经大量应用于各行业。但玻璃纤维的模量较低，在一些情况下难以满足实际使用的要求。技术实现要素：本公开的目的是提供一种车用碳纤维复合加强板的制备方法和复合加强板，采用本公开制备方法所制备的复合加强板高强高模，而且耐冲击性能好。为了实现上述目的，本公开提供一种车用碳纤维复合加强板的制备方法，所述制备方法包括：将碳纤维编织层和玻璃纤维编织层进行叠加铺设，得到内层纤维板；将包括氧化石墨烯和第一树脂的混合树脂覆盖在所述碳纤维编织层和玻璃纤维编织层表面，并进行第一模压成型，得到内层复合板；将由芳纶纤维和聚乙烯纤维二维混编而成的混合编织层覆盖在所述内层复合板的外侧，然后将第二树脂和发泡剂覆盖在所述混合编织层与所述内层复合板表面，并进行第二模压成型，得到复合加强板。本公开还提供一种车用碳纤维复合加强板，所述复合加强板包括内层复合板以及覆盖在所述内层复合板外侧的混合编织层，所述内层复合板与混合编织层上模压成型有第二树脂，所述第二树脂中形成有微孔；所述内层复合板包括碳纤维编织层、玻璃纤维编织层以及模压成型在所述碳纤维编织层和玻璃纤维编织层上的混合树脂，所述混合树脂包括氧化石墨烯和第一树脂；所述混合编织层由芳纶纤维和聚乙烯纤维二维混编而成。采用本公开制备方法所制备的复合加强板，既含有玻璃纤维，还含有碳纤维以及芳纶纤维和聚乙烯纤维，具有高强高模的特点和耐磨损耐腐蚀的优点。混合树脂含有氧化石墨烯，能够增加第一树脂与碳纤维的结合力，增加复合加强板结合强度。另外，第二树脂中含有微孔，能够增加复合加强板的耐冲击性能以及保温性能。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开复合加强板一种具体实施方式的结构示意图。附图标记说明1内层复合板2混合编织层3第二树脂4微孔5玻璃纤维编织层6碳纤维编织层7混合树脂具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开提供一种车用碳纤维复合加强板的制备方法，所述制备方法包括：将碳纤维编织层和玻璃纤维编织层进行叠加铺设，得到内层纤维板；将包括氧化石墨烯和第一树脂的混合树脂覆盖在所述碳纤维编织层和玻璃纤维编织层表面，并进行第一模压成型，得到内层复合板；将由芳纶纤维和聚乙烯纤维二维混编而成的混合编织层覆盖在所述内层复合板的外侧，然后将第二树脂和发泡剂覆盖在所述混合编织层与所述内层复合板表面，并进行第二模压成型，得到复合加强板。根据本公开，第二树脂与发泡剂一起进行模压成型，所得复合加强板的第二树脂中含有微孔，不仅能够降低复合加强板密度，还可以进一步提高复合加强板的抗冲击性能以及保温性能。所述复合加强板中微孔体积优选占所述第二树脂体积的比例为10-20％，所述微孔的孔径为0.1-10微米。发泡剂是本领域技术人员所熟知的，例如可以是无机发泡剂、有机发泡剂和超临界流体发泡剂等，本公开不再赘述，发泡剂的使用量以能够形成足够的微孔体积为准。根据本公开，纤维是指由连续或不连续的细丝组成的材料，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维均属于纤维。碳纤维编织层和玻璃纤维编织层是指采用碳纤维和玻璃纤维以二维机织成型的织物层，其尺寸大小本申请并没有具体限制，例如所述碳纤维编织层和玻璃纤维编织层的厚度可以各自独立地为0.1-0.4毫米。碳纤维的拉伸弹性模量较高，但其延伸率较低，抗冲击性能和断裂韧性较差，将碳纤维与玻璃纤维混杂使用可使二者的优势互补，得到综合性能优异的复合材料。同时考虑到碳纤维高昂的价格，使用玻璃纤维与之共混，使复合加强板既兼具碳纤维与玻璃纤维的优点，高强高模，热稳定性好，膨胀系数低，轻量化，还可以大幅降低碳纤维复合材料的原料成本。根据本公开，混合编织层由芳纶纤维和聚乙烯纤维采用机织二维混编而成，其尺寸大小本申请并没有具体限制，例如混合编织层的厚度可以为0.1-0.4毫米。复合加强板外层由芳纶纤维和聚乙烯纤维混编而成的混合编织层覆盖，具有极佳的抗动载及局部抗冲击性能，很好的耐腐蚀、耐磨损、抗老化及抗紫外线性能，很好的高低温抗性及较高的断裂伸长，在保证了高模高强的各向同性的同时，有效弥补碳纤维脆性特点，大大提高了复合加强板的抗冲击性能。根据需要，复合加强板的厚度可以设计为1-30毫米，考虑到树脂对复合加强板的厚度增加不大，所述内层纤维板中碳纤维编织层和玻璃纤维编织层的总层数可以为2-200层，所述复合加强板中混合编织层的总层数可以为2-6层。根据本公开，为了增加复合加强板的弯曲模量，一种碳纤维编织层和玻璃纤维编织层的具体叠加铺设方式，所述碳纤维编织层至少为两层，所述内层纤维板中所述玻璃纤维编织层位于所述碳纤维编织层中间。根据本公开，为了加强碳纤维与第一树脂的结合力，所述制备方法还可以包括：将所述碳纤维编织层进行表面粗糙处理后再进行所述叠加铺设；其中，所述表面粗糙处理为选自酸处理、碱处理和等离子体处理中的至少一种。根据本公开，所述混合树脂的制备步骤可以包括：将氧化石墨烯和第一树脂混合后进行热处理；其中，所述热处理的温度为70-120℃，时间为20-60分钟。氧化石墨烯，为氧化法制备石墨烯的中间产物，表面具有许多羟基、环氧基、羰基、羧基等含氧基团，可以与树脂进行反应，对树脂进行功能化改性，而氧化石墨烯的碳基部分可以与碳纤维进行结合，降低碳纤维与树脂的极性差异，并提高树脂的强度、热分解、热变形温度及耐磨性能；同时石墨烯具有高强，耐磨，自润滑等特点，可以增强复合材料的层间剪切力，提高碳纤维复合加强板的层间结合强度，并增加复合加强板的耐磨性。总而言之，氧化石墨烯能够作为相容剂，增强第一树脂与碳纤维之间相容性，大幅提高复合加强板各种力学性能指标。根据本公开，树脂是本领域技术人员所熟知的，例如可以为环氧树脂、酚醛树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰胺树脂、双马来酰胺三嗪树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯树脂等，所述第一树脂和第二树脂各自独立地优选为环氧树脂和/或聚氨酯树脂。模压成型是本领域技术人员所熟知的，本公开的具体操作步骤可以包括如下步骤：将叠加铺设后的碳纤维编织层和玻璃纤维编织层放入模具型腔中，然后加入混合树脂后进行第一模压成型，得到内层复合板；将内层复合板进行冷却降温后放入另一个模具型腔中，并在内层复合板的上下放置混合编织层以及第二树脂和发泡剂进行第二模压成型，得到复合加强板。所述第一模压成型的条件可以包括：温度为150-230℃，压力为10-60兆帕，时间为5-10分钟；所述第二模压成型的条件可以包括：温度为120-160℃，压力为10-60兆帕，时间为5-10分钟。根据不同的需要，复合加强板的原材料组成可以不同，例如，所述玻璃纤维体积可以占纤维总体积的24-50体积％，所述碳纤维体积可以占纤维总体积的45-75体积％，所述混合编织层体积可以占纤维总体积的1-20体积％，所述混合编织层中芳纶纤维与聚乙烯纤维的体积比可以为1：(0.25-4)；所述纤维总体积可以占所述复合加强板体积的40-70体积％，所述混合树脂和第二树脂总体积可以占所述复合加强板体积的30-60体积％，所述第二树脂与所述混合树脂的体积比为1：(1-200)，所述氧化石墨烯重量可以为所述混合树脂重量的0.1-5.0重量％。如图1所示，本公开还提供一种车用碳纤维复合加强板，所述复合加强板包括内层复合板1以及覆盖在所述内层复合板1外侧的混合编织层2，所述内层复合板1与混合编织层2上模压成型有第二树脂3，所述第二树脂3中形成有微孔4；所述内层复合板1包括碳纤维编织层6、玻璃纤维编织层5以及模压成型在所述碳纤维编织层6和玻璃纤维编织层5上的混合树脂7，所述混合树脂7包括氧化石墨烯和第一树脂；所述混合编织层2由芳纶纤维和聚乙烯纤维二维混编而成。本公开所提供的复合加强板具有高强高模、耐冲击性能好，轻量化、耐磨、自润滑和低成本等特点。根据本公开，第二树脂可以与发泡剂一起进行模压成型，复合加强板的第二树脂中含有微孔，不仅能够降低复合加强板密度，还可以进一步提高了复合加强板的抗冲击性能以及保温性能。所述复合加强板中所述微孔4的体积占所述第二树脂3的体积的比例可以为10-20％，所述微孔4的孔径可以为0.1-10微米。根据本公开，纤维是指由连续或不连续的细丝组成的材料，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维均属于纤维。碳纤维编织层和玻璃纤维编织层是指采用碳纤维和玻璃纤维采用机织布的方式二维编织成型的织布层，其尺寸大小本申请并没有具体限制，例如所述碳纤维编织层6和玻璃纤维编织层5的厚度可以各自独立地为0.1-0.4毫米。碳纤维的拉伸弹性模量较高，但其延伸率较低，抗冲击性能和断裂韧性较差，将碳纤维与玻璃纤维混杂使用可使二者的优势互补，得到综合性能优异的复合材料。同时考虑到碳纤维高昂的价格，使用玻璃纤维与之共混，使复合加强板既兼具碳纤维与玻璃纤维的优点，高强高模，热稳定性好，膨胀系数低，轻量化，还可以大幅降低碳纤维复合材料的原料成本。根据本公开，混合编织层由芳纶纤维和聚乙烯纤维采用机织布二维混编而成，其尺寸大小本申请并没有具体限制，例如混合编织层2的厚度可以为0.1-0.4毫米。复合加强板外层由芳纶纤维和聚乙烯纤维混编而成的混合编织层覆盖，具有极佳的抗动载及局部抗冲击性能，很好的耐腐蚀、耐磨损、抗老化及抗紫外线性能，很好的高低温抗性及较高的断裂伸长；在保证了高模高强的各向同性的同时，有效弥补碳纤维脆性特点，大大提高了碳纤维复合材料的抗冲击性能。根据需要，复合加强板的厚度可以设计为1-20毫米，考虑到树脂对复合加强板的厚度增加不大，所述内层纤维板1中碳纤维编织层6和玻璃纤维编织层5的总层数可以为2-200层，所述复合加强板中混合编织层2的总层数可以为2-6层。根据本公开，为了增加复合加强板的弯曲模量，一种具体实施方式，所述碳纤维编织层6至少为两层，所述内层纤维板1中所述玻璃纤维编织层5位于所述碳纤维编织层6中间。根据本公开，为了加强碳纤维与第一树脂的结合力，所述碳纤维编织层6可以经过表面粗糙处理；其中，所述表面粗糙处理可以为选自酸处理、碱处理和等离子体处理中的至少一种。根据本公开，树脂是本领域技术人员所熟知的，例如可以为环氧树脂、酚醛树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰胺树脂、双马来酰胺三嗪树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯树脂等，所述第一树脂和第二树脂各自独立地优选为环氧树脂和/或聚氨酯树脂。根据不同的需要，复合加强板的原材料组成可以不同，例如，所述玻璃纤维编织层5体积占纤维总体积的24-50体积％，所述碳纤维编织层6体积占纤维总体积的45-75体积％，所述混合编织层2体积占纤维总体积的1-20体积％，所述混合编织层2中芳纶纤维与聚乙烯纤维的体积比为1：(0.25-4)；所述纤维总体积占所述复合加强板体积的40-70体积％，所述混合树脂7和第二树脂3总体积占所述复合加强板体积的30-60体积％，所述第二树脂与所述混合树脂的体积比为1：(1-200)，所述氧化石墨烯重量为所述混合树脂7重量的0.1-5.0重量％。下面将通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。本公开的复合加强板的拉伸强度和拉伸模量采用国家标准GB/T1447-2005进行测定。本公开的复合加强板的抗冲击性能测试采用国家标准GB/T1451-2005进行测定。本公开的复合加强板的密度采用国家标准GB/T1463-2005进行测定。本公开的复合加强板的耐磨损采用国家标准GB/T3960-1983进行测定。本公开的复合加强板的微孔体积比例采用国家标准GB/T10799-2008进行测定。实施例1将氧化石墨烯(常州第六元素材料科技股份有限公司，3-10层氧化石墨烯)与环氧树脂颗粒(亨斯迈公司)混合均匀后在100℃下进行热处理40分钟，得到混合树脂。将碳纤维(日本东丽公司T700碳纤维)和玻璃纤维(浙江巨石集团有限公司)分别采用机织布编织成1000毫米×1000毫米×0.3毫米的碳纤维编织层和碳纤维编织层，然后剪切为200毫米×200毫米×0.3毫米的碳纤维编织层和碳纤维编织层。将芳纶纤维(烟台泰和新材料股份有限公司)和聚乙烯纤维(北京同益中特种纤维技术开发有限公司)采用机织布混编成1000毫米×1000毫米×0.3毫米的混合编织层，然后剪切为200毫米×200毫米×0.3毫米的混合编织层。将剪切后的一层玻璃纤维编织层和两层碳纤维编织层进行叠加铺设，玻璃纤维编织层放置在两层碳纤维层中间，得到内层纤维板。将内层纤维板放入模具型腔中，然后加入混合树脂后进行在180℃、50兆帕下进行第一模压成型6分钟，得到内层复合板。将内层复合板进行冷却降温后放入另一个模具型腔中，并在内层复合板的上下放置剪切后的混合编织层以及环氧树脂颗粒(亨斯曼公司)和发泡剂(杭州海虹精细化工有限公司AC发泡剂)在140℃、30兆帕下进行第二模压成型6分钟，冷却后得到复合加强板，复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。实施例2实施例2的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于氧化石墨烯与环氧树脂颗粒并未经热处理，直接加入模具中进行模压成型，所得复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。实施例3实施例3的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于将碳纤维编织层在35重％的硝酸溶液中进行酸处理20分钟，然后加入模具中进行模压成型，所得复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。实施例4实施例4的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于调节发泡剂的加入量，以控制复合加强板中微孔体积，并且所用树脂均为聚氨酯树脂(亨斯曼公司)，所得复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。实施例5实施例5的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于将一层碳纤维编织层放内层纤维板中间，另一层碳纤维编织层以及玻璃纤维编织层放在内层纤维板的两侧，所得复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。对比例1对比例1的制备步骤与实施例4基本相同，不同之处在于不加入发泡剂，所用树脂也均为聚氨酯树脂(亨斯曼公司)，所得复合加强板的具体组成见表1和具体性质见表2。由表2可知，采用本发明方法制备的复合加强板高强高模，弯曲强度高，耐冲击能力强，而且密度小。表1表2实施例实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1拉伸强度/MPa133414451485152113281514拉伸模量/GPa108.2101.3110.7114.5105.9112.5弯曲强度/MPa9321012103910749381063弯曲模量/GPa98.6104.7109.4106.564.3105.3冲击强度/kJ/m2165.7172.1161.6169.8146.2163.1密度/g/cm31.8071.8311.8761.8031.8051.814滑动磨损量/mg32.131.733.532.833.234.6微孔体积比例/％13.214.814.719.513.40当前第1页1 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